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Diffusion Tensor Imaging (DTI) :

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by

Mauro Ferrante

on 31 October 2013

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Transcript of Diffusion Tensor Imaging (DTI) :

Applicazioni consolidate e nuovi possibili scenari
Tecnica Diffusion Tensor Imaging (DTI) :
TESI DI LAUREA
in
Tecniche di Radiologia Medica per Immagini e Radioterapia
Laureando:
Mauro Ferrante
Relatore:
Armando Tartaro
Correlatore:
Fabrizio Gianni
Scuola di Medicina e Scienze della Salute
Anno Accademico 2012 / 2013
DIFFUSION TENSOR IMAGING (DTI)
Diffusion Tensor Imaging (DTI)
Tecnica avanzata RM sorta nel 1994

Vanta già innumerevoli tecniche ed applicazioni

Si basa sul principio della diffusione molecolare anisotropica dell'acqua

Tecnica figlia della DWI (Diffusion Weighted Imaging)

Misura il processo diffusivo direzionale all’interno di un tessuto, permettendo di visualizzarne la struttura microscopica
GRAZIE PER L'ATTENZIONE
Diffusion MRI (DWI)
Diffusione molecolare
Meccanismo di trasporto biologico all'interno dei fluidi
Moto “browniano” disordinato e casuale
Le distanze percorse sono delle dimensioni cellulari (μm)
LA MISURA DELLA DIFFUSIONE PROTONICA IN RM CONSENTE DI
VALUTARE L’INTEGRITA’ DELLE CELLULE E DEI TESSUTI BIOLOGICI
Diffusione molecolare
2 tipi di diffusione all’interno dei tessuti:

ISOTROPA
ANISOTROPA
Tessuto omogeneo privo di barriere biologiche
Tessuto con barriere impermeabili (fibre)
Diffusione libera:
Diffusione ristretta:
LE PARTICELLE DIFFONDONO IN EGUAL MODO IN TUTTE LE DIREZIONI
LE MOLECOLE DIFFONDONO PER DIREZIONI PRIVILEGIATE
Campo della DWI
Campo della DTI
Per rendere sensibili le sequenze RM alla diffusione


Applicazione di un gradiente bipolare
(defasamento e rifasamento)


Si genera un defasamento dello spin in movimento,
lungo l’asse di applicazione del gradiente


DEFASAMENTO PROPORZIONALE ALLA DISTANZA PERCORSA
Sequenza di Stejskal-Tanner
E' una sequenza spin-echo alla quale viene applicato un gradiente bipolare prima e dopo l'impulso 180°

G = intensità del gradiente

δ = durata del gradiente

Δ = intervallo tra i gradienti


TRATTOGRAFIA
DTI
MODELLO MATEMATICO DEL TENSORE
Il tensore di diffusione è una matrice simmetrica 3x3

dove vengono riportati i valori di ADC, calcolati lungo minimo 6 direzioni principali
di diffusione


dalla diagonalizzazione della matrice vengono ricavati le direzioni e le intensità principali di diffusione
Parametri principali in DWI
B value (b) :
Coefficiente di
diffusione apparente (ADC)
Dipende dai tre fattori intensità G, durata δ, e intervallo di tempo tra i gradienti Δ



Variando questi,
si definisce la "pesatura" dell'immagine in diffusione

Più b è alto, più l'immagine sarà pesata in diffusione ; b = 0, immagine in T2
Mappe di diffusione ottenuta dalla differenza di contrasto tra l'immagine pesata in diffusione e l'immagine in T2 (b = 0)


Permette di eliminare contaminazioni del T2



l'immagine riflette l'intensità della diffusione
nel tessuto in esame
...dai valori ricavati, viene generato l'ELLISSOIDE DI DIFFUSIONE
che rappresenta la diffusione anisotropica

L'asse maggiore dell'ellissoide rappresenta
la massima direzione
in cui diffonde la molecola
Grazie al tensore e all'ellissoide riusciamo a conoscere la direzione della diffusione delle molecole d'acqua nei tessuti biologici


Ci permette di ricavare informazioni sulla forma e l'integrità microstrutturale dei tessuti in cui avviene la diffusione


Unica tecnica che permette di farlo
IN VIVO E NON INVASIVAMENTE


APPLICAZIONI CLINICHE DTI
La possibilità di studiare l'anisotropia dei tessuti la rende un ottima tecnica per studiare tutti i tessuti composti da fibre (assoni, nervi, muscoli,...)

PRINCIPALMENTE USATA NELLO STUDIO DELLA SOSTANZA BIANCA CEREBRALE


Formata dai fasci di fibre nervose, che sono i prolungamenti assonali(rivestiti dalle cellule della nevroglia) dei
NEURONI

ALTRE
APPLICAZIONI CLINICHE DTI
MUSCOLI
E' stata indagato il potere diagnostico della DTI
nei medesimi tessuti :
PROSTATA
PLESSI SPINALI
RENI
FEGATO
POLMONI
MIOCARDIO
TECNICHE IN DTI
La ricerca ha implementato numerose tecniche
di rappresentazione dell'ellissoide, sia bidimensionali sia tridimensionali
Color Map
Mappe vettoriali
Decomposizione p:q
Trattografia
(Fiber Tracking)
Track Density Imaging
(TDI)
Tecnica tridimensionale più utilizzata
Permette la ricostruzione dei tratti di fibre nervose
Si basa sull’individuazione voxel per voxel della direzione di massima diffusione
Rappresenta le direzioni dei tratti grazie
alla mappa cromatica RGB
R
G
B
R (rosso) asse x : D-S
G (verde) asse y : A-P
B (blu) asse z : S-I
DIFFUSIONE ISOTROPICA
Movimento libero nei ventricoli dell'encefalo

Rappresentato da una sfera di diffusione
DIFFUSIONE ANISOTROPICA
Movimento ristretto nelle fibre assonali cerebrali

Rappresentato da un ellissoide di diffusione
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